近日，由中國科學院低碳轉化科學與工程重點實驗室暨中國科學院上海高等研究院與上?？萍即髮W低碳能源聯(lián)合實驗室組成的研究團隊在CO2催化加氫催化劑研究中取得進展，實現(xiàn)了更高性能氧化銦催化劑的理性設計與合成，相關研究成果發(fā)表在《科學進展》期刊上。

太陽能、風能、生物質等可再生能源耦合CO2催化加氫反應，是甲醇、汽油等液體燃料的綠色可持續(xù)合成途徑，也是循環(huán)經濟包括“液態(tài)陽光”和“甲醇經濟”的重要一環(huán)，并可用于其他基礎化學品的合成，如烯烴、芳烴等。氧化物催化體系在該反應中具有優(yōu)勢，受到國內外研究者的關注，但需進一步提升此類催化劑的反應性能，才有望在CO2加氫領域工業(yè)應用。

該研究團隊探究了立方相氧化銦{110}晶面催化CO2加氫反應機制，通過密度泛函理論計算發(fā)現(xiàn)該表面可形成兩個截然不同的二氧化碳吸附結構，且分別對應于目標產物甲醇和副產物一氧化碳的生成路徑。為了快速搜索更有利于甲醇生成的氧化銦催化劑，研究人員擴大了計算范圍，考察了氧化銦主要晶相及其相對穩(wěn)定的晶面，并根據(jù)理論計算得到的反應路徑建立了定性的催化性能預測模型。

根據(jù)理論模型預測，一種熱力學亞穩(wěn)定的六方相氧化銦的{104}晶面會在CO2加氫反應中表現(xiàn)出更高的活性和甲醇選擇性。該研究團隊采用簡單的合成方法制備出具有不同晶相和形貌的氧化銦材料，同時進行結構分析和波譜表征，考察其在CO2加氫反應中的催化性能，建立氧化銦催化劑的構效關系。一種暴露了{104}晶面的六方相氧化銦納米材料在反應中表現(xiàn)出最高的催化活性和甲醇選擇性。

另外，該材料即使在360 ℃的高溫反應條件下，仍保持極高的甲醇選擇性(>70%)，此時，甲醇的時空產率達到10.9 mmol/(g·h)，高于之前報道的催化劑，包括傳統(tǒng)氧化銦催化劑及銅基催化劑。

該研究結果展示了計算科學應用于工業(yè)催化劑輔助設計的潛力，其所發(fā)現(xiàn)的高性能氧化銦催化劑有望被用于CO2加氫制甲醇的工業(yè)過程，也將推動CO2加氫制低碳烯烴、汽油及芳烴等高碳烴的氧化物/分子篩雙功能催化劑的研發(fā)與工業(yè)應用。